Kontroler PACSystems CPL410 - Dwa w jednym: kontroler do realizacji procesu produkcji i komputer przemysłowy do jego optymalizacji

Przetwarzanie dużych ilości danych na potrzeby produkcyjne do tej pory wymagało integracji wielu systemów ze sobą. Coraz częściej w optymalizację procesów produkcji angażują się zespoły składające się z automatyków, którzy rozumieją proces produkcyjny oraz informatyków, którzy byli w stanie zintegrować systemy, aby dostarczyć do nich dane właściwe z punktu widzenia produkcji.

Budowanie takich systemów wymaga wykorzystania wielu elementów łączących urządzenia warstwy produkcyjnej z urządzeniami pozwalającymi zbieranie danych, ich analitykę oraz przetwarzanie. Ten trend został zauważony już kilka lat temu przez jednego z kluczowych dostawców automatyki.

 

Rys. 1 Kontroler CPL410

Ostatnie 3 lata to obraz dynamicznego rozwoju produktów do sterowania – wykonują one nie tylko logikę sterującą produkcją, ale integrują w sobie narzędzia wykorzystywane do tej pory przez działy IT. Najlepszym tego przykładem może być kontroler PACSystems CPL410 produkowany przez Emerson. Jest to urządzenie, które w jednej kompaktowej obudowie integruje kontroler PAC do prowadzenia procesu produkcji oraz komputer przemysłowy, który ten proces potrafiefektywnie optymalizować.

Wyróżnikiem tego rozwiązania na rynku jest implementacja narzędzi na poziomie komputera przemysłowego, która pozwala nie tylko zbierać dane, ale przede wszystkim je archiwizować, analizować, wizualizować oraz udostępniać do systemów wyższego poziomu.

Taki model działania systemu sterowania jest zbieżny z modelem systemów budowanych w architekturze chmury – jednakże w przypadku CPL410 wiele funkcjonalności, które do tej pory były uruchamiane na poziomie chmury zostało przeniesione bezpośrednio urządzenia produkcyjnego. Dzięki temu mamy do czynienia z niezależnym urządzeniem, które bez konieczności podłączania się do systemów zewnętrznych pozwala optymalizować proces produkcji i daje szereg dodatkowych korzyści użytkownikom.

Warte podkreślenia jest to, że komputer przemysłowy działa na systemie operacyjnym Linux, a zaimplementowane narzędzia są dostarczane jako kod open source. Oznacza to, że użytkownicy nie muszą płacić za korzystanie z nich, co pozwala optymalizować koszty zakupu i uruchomienia takiego układu.

 

Rys. 2 Interfejsy komunikacyjne w CPL410

Wykorzystanie takich urządzeń wymaga znajomości technologii takich jak Python, Apache Server czy SQLite. Są to narzędzia, które do tej pory były domeną działów IT… ale CPL410 pokazuje, że korzystać z nich mogą wszyscy użytkownicy sterowników PLC i kontrolerów PAC.

CPL410 z uwagi na bardzo mocny hardware (4 rdzenie taktowane zegarem 1.2 GHz) pozwala w sposób wirtualny wydzielić dwa niezależne systemy operacyjne działające równoległe i niezależnie od siebie. Jeden z nich to PACEngine odpowiedzialny za sterowanie procesem produkcyjnym, drugi to Linux odpowiedzialny za kontrolę nad komputerem przemysłowym.

To, co istotne – urządzenia współdzielą ze sobą pamięć i zasoby, dzięki czemu ich integracja jest łatwa i szybka. Wymiana danych pomiędzy nimi realizowana jest w oparciu o zabezpieczony protokół OPC-UA, który oprócz szybkiej wymiany dużej ilości danych gwarantuje wysoki poziom bezpieczeństwa.

Niezależne są także interfejsy komunikacyjne, które pozwalają odseparować sieć IT od sieci OT. Ma to bardzo duże znaczenie z punktu widzenia cyberbezpieczeństwa. Sam kontroler PAC to efekt najlepszych doświadczeń zbieranych przez Emerson przez ostatnie kilka lat. Wykorzystuje on ten sam silnik, co kontrolery serii PACSystems RX3i, które na rynku automatyki wielokrotnie zostały nagrodzone jako Produkt Roku i wykorzystywane są w dziesiątkach tysięcy systemów sterowania na całym świecie.

 

Rys. 3 CPL410 w architekturze redundantnej

64 MB pamięci RAM, trzy niezależne interfejsy sieciowe gigabit Ethernet oraz możliwość pracy w układach redundancji to standard w CPL410. Szybka wymiana danych z warstwą układów IO realizowana jest w oparciu o sieć Profinet z obsługą MRP, dzięki czemu układy mogą pracować w topologii ringu, gwarantując odporność na uszkodzenie łączy komunikacyjnych, wprowadzanie węzłów w tryb maintenance oraz podczas rozbudowy na ruchu.

Praca w systemach redundancji jednostek centralnych realizowana jest w modelu Hot Standby Redundancy, co oznacza, że układ jest odporny na awarię jednostki centralnej i w sposób bezuderzeniowy przekazuje kontrolę do jednostki rezerwowej – w taki sposób, aby nie przerwać procesu i aby nie pojawiały się stany nieustalone.

 

Rys. 4 Wirtualizacja w CPL410

Programowanie kontrolerów realizowane jest z poziomu narzędzia Proficy Machine Edition, które pozwala budować algorytmy sterowania w czterech różnych językach programowania. Uzupełnieniem jest możliwość programowania kontrolera w trybie online z możliwością testowania zmian wprowadzonych na ruchu.

Na poziomie komputera przemysłowego zainstalowane są narzędzia takie jak Python 3.0, Apache Server, OPC-UA oraz SQLite. Te narzędzia pozwalają w prosty sposób na archiwizację danych pochodzących bezpośrednio z kontrolera, integrację z przemysłowymi bazami danych oraz na budowanie skryptów i programów w językach wysokiego poziomu.

Możliwości komputera można oczywiście rozbudować. Baza dostępnych narzędzi jest naprawdę bardzo duża. Cześć z nich dostępne jest jako open source, jak na przykład: Grafana, MQTT Server, FOG Horn czy Telegraf. Dostępnych jest również szereg gotowych rozwiązań w modelach subskrypcyjnych. Dzięki temu funkcjonalności urządzenia są jeszcze większe. Uruchomienie narzędzi od wizualizacji procesu poprzez budowanie dashboardów z KPI czy wręcz budowania stron www zasilanych danymi pochodzącymi wprost z kontrolera – w przypadku CPL410 to standard.

Piotr Adamczyk
Menedżer produktów Emerson
Specjalista ds. systemów sterowania

ASTOR
tel. 12 424 00 66, piotr.adamczyk@astor.com.pl, www.astor.com.pl